GaN基MIS-HEMTs閾值電壓漂移的快速動(dòng)力學(xué)論文免費(fèi)下載

　　利用一個(gè)簡單的示波器裝置，研究了由正向柵偏壓引起的gan基金屬絕緣體半導(dǎo)體hemts閾值電壓漂移（vth）的快速動(dòng)力學(xué)。我們發(fā)現(xiàn)，vth的對數(shù)恢復(fù)時(shí)間依賴性，以前發(fā)現(xiàn)的恢復(fù)時(shí)間從10 ms到1 ms，甚至擴(kuò)展到μs范圍。此外，我們還觀察到由于100ns的重復(fù)應(yīng)力脈沖而導(dǎo)致的vth累積。討論了對設(shè)備運(yùn)行和可靠性的影響。

　　索引項(xiàng)-algan/gan，正向柵偏壓，高電子遷移率晶體管（hemt），金屬絕緣體半導(dǎo)體（mis），mos，可靠性，閾值電壓漂移，陷阱。

　　在gan基高電子遷移率晶體管（hemts）中，一個(gè)薄的勢壘層用于在勢壘層正下方的gan溝道中誘導(dǎo)二維電子氣（2deg）。該阻擋層的絕緣性能不足。特別是在電力應(yīng)用中，需要使用柵介質(zhì)來抑制寄生柵漏電流〔1〕。然而，閾值電壓不穩(wěn)定性限制了這些器件的穩(wěn)定性和可靠性〔2〕–〔5〕。因此，介質(zhì)和iii-n勢壘層之間的界面特性必須被理解。所觀察到的vth不穩(wěn)定性（即i-v和c-v曲線中的漂移和滯后）通常與該特定界面處的缺陷狀態(tài)有關(guān)，其密度主要使用光輔助c-v〔6〕、導(dǎo)納〔7〕、〔8〕或深能級瞬態(tài)光譜等測量方法來研究。測量電荷在固定直流偏壓下對小信號交流偏壓激勵(lì)的響應(yīng)。這些方法不把快速AC響應(yīng)與明顯存在的一個(gè)方法框架內(nèi)的大信號漂移現(xiàn)象聯(lián)系起來。此外，它們主要基于簡化的假設(shè)，例如，金屬絕緣體半導(dǎo)體（mis-hemts）中的弛豫過程僅由俘獲/發(fā)射過程控制，其中陷阱能級和特征時(shí)間常數(shù)（例如，由于載流子發(fā)射）直接相連［10］。最近，通過測量門極正偏壓脈沖對閾值電壓漂移vth的瞬態(tài)響應(yīng)，我們發(fā)現(xiàn)gan基mis hemts中的vth是由幾十年應(yīng)力和恢復(fù)過程中特征弛豫時(shí)間常數(shù)的廣泛分布引起的〔5〕。與許多其他研究相比，我們不依賴于任何關(guān)于弛豫過程的假設(shè)，測量數(shù)據(jù)可以直接評估。閾值電壓漂移強(qiáng)烈地依賴于外加的正柵應(yīng)力偏置和時(shí)間，其中vth恢復(fù)的時(shí)間依賴于一階對數(shù)。這意味著每十年vth的恢復(fù)量是恒定的。結(jié)果表明，在10毫秒到1 ms的范圍內(nèi)恢復(fù)時(shí)間是有效的，5倍的時(shí)間常數(shù)的對數(shù)分布表明，即使是較大的VTH也可能存在較短的恢復(fù)時(shí)間，但它需要實(shí)驗(yàn)證明。顯然，這些不穩(wěn)定性是通常關(guān)閉設(shè)備的一個(gè)主要限制。但是，到目前為止，還不清楚它們是否也與正常通電設(shè)備的穩(wěn)定性和可靠性有關(guān)，在這種情況下，根據(jù)特定應(yīng)用中的寄生組件（如電阻和電感），在將設(shè)備切換到通電狀態(tài)時(shí)可能會(huì)出現(xiàn)正電壓超調(diào)尖峰。在這封信中，我們用一個(gè)基于示波器的簡單測量裝置證明了恢復(fù)時(shí)間常數(shù)的廣泛分布甚至擴(kuò)展到μs范圍。這使得我們可以用100ns持續(xù)時(shí)間的應(yīng)力脈沖測量延遲為1μs的vth恢復(fù)。這種快速弛豫過程的表征通常是所提到的基于交流雙極性的分析方法的一個(gè)主題。我們證明，vth在短時(shí)間重復(fù)性壓力峰值下累積，持續(xù)時(shí)間為100ns。因此，在這個(gè)時(shí)間尺度上vth的動(dòng)力學(xué)與所提到的基于交流偏置的分析方法相關(guān)，因?yàn)橹芷谑窍嗤瑪?shù)量級或更大的。